Co摻雜PbPdO2的制備及其磁學特性.pdf

1、在自旋電子學領域中，半金屬以及稀磁半導體一度被認為是最具有可能應用到器件上的自旋材料，然而通過對半金屬以及磁性半導體的深入研究發(fā)現(xiàn)，半金屬雖然具有高的自旋極化率但是其自旋弛豫長度較小，而擁有大自旋弛豫長度的磁性半導體其自旋極化率較低并且其重復率很差，而自旋零禁帶半導體將有可能同時滿足擁有高自旋極化率和大的自旋弛豫長度。目前，只有PbPdO2基磁性半導體在理論和實驗上證明為零禁帶結(jié)構(gòu)，但是其對磁性、電性、輸運性質(zhì)等尚處于初期。本文對溶膠凝

2、膠旋涂法制備的摻雜有鈷的鉛鈀氧半導體進行系統(tǒng)研究。
　　本文采用溶膠凝膠勻膠法制備Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜，研究了煅燒溫度、Co摻雜量以及薄膜厚度等對薄膜微結(jié)構(gòu)以及磁學性能的影響，分析了Co摻雜PbPdO2薄膜中高溫鐵磁性來源的物理機制，探索了獲得自旋零禁帶結(jié)構(gòu)相關(guān)磁特性的調(diào)控方法。論文完成的主要研究工作和結(jié)果總結(jié)如下:
　　(1)開發(fā)了Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜的可控溶膠凝膠+勻膠合成工藝。通過調(diào)整薄膜的煅燒溫度

3、，制備得到單相Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜。薄膜中鐵磁性和順磁性共存，且鐵磁性可保持至室溫以上仍然存在。鐵磁性的飽和磁化強度隨溫度的升高而升高，表現(xiàn)出與自旋零禁帶結(jié)構(gòu)相關(guān)的奇特磁現(xiàn)象。Co的X射線吸收譜分析證明，Co摻雜PbPdO2單相薄膜中不存在Co團簇，薄膜的室溫鐵磁性為內(nèi)稟鐵磁性。
　　(2)研究了Co摻雜濃度對PbPd1-xCoxO2(x=0-0.19)納米顆粒薄膜電學和磁學性能的影響。發(fā)現(xiàn)樣品具有高于330K的金屬絕緣

4、體轉(zhuǎn)變溫度。樣品的電導率與溫度的變化關(guān)系表明Co摻雜PbPdO2具有零禁帶結(jié)構(gòu)，而Co摻雜引入雜質(zhì)能級導致導帶底態(tài)密度增加是影響電性變化規(guī)律的物理根源。此外，Co的摻雜濃度對薄膜磁學特性影響顯著。所有樣品中均含有超順磁性、順磁性以及可維持到380K的高溫鐵磁性。提高Co摻雜濃度可使順磁性減弱。對于薄膜呈現(xiàn)的高溫鐵磁性，其飽和磁化強度出現(xiàn)隨著磁場增強而突然下降以及隨著溫度升高而增大的兩個異常現(xiàn)象，表明薄膜具有與自旋零禁帶相關(guān)的能帶結(jié)構(gòu)。同

5、步輻射X射線吸收譜的分析表明，薄膜的磁性來源于Pb空位的存在導致的Pd離子價態(tài)高于+2以及摻雜所引入的Co離子。
　　(3)研究了薄膜厚度對Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜磁性的影響。發(fā)現(xiàn)不同厚度的薄膜中均含有順磁性和室溫以上的鐵磁性，且鐵磁性隨著薄膜厚度的增加逐漸增強。但是在厚度較薄的薄膜中，存在飽和磁化強度隨磁場增大而突然下降以及飽和磁化強度隨溫度升高略有增加的兩個奇特現(xiàn)象，表明低厚度薄膜具有與自旋零禁帶相關(guān)的能帶結(jié)構(gòu)。隨著厚度